Способ изготовления металлокерамического оксидно-никелевого электрода щелочного аккумулятора

 

Изобретение относится к электротехнике и касается производств щелочных аккумуляторов. Техническим результатом изобретения является создание экологически чистой технологии изготовления металлокерамического оксидно-никелевого электрода с многократным использованием воды и щелочи в производстве. Согласно изобретению спеченные пористые основы после пропитки в растворах солей никеля и щелочи отмывают конденсатом и используют их многократно путем создания замкнутого водооборота и оборота щелочи. Воду после отмывки осветляют в отстойнике, очищают от гидрата закиси никеля на установке ультрафильтрации, нейтрализуют кислотой до рН 6,5 - 7,5 и обессоливают на обратноосмотической установке. Щелочь осветляют в отстойнике, регенерируют раствором гидрооксида бария, фильтруют и корректируют до нужной концентрации. 2 ил., 3 табл.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к способу изготовления оксидно-никелевых металлокерамических электродов щелочных аккумуляторов.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления положительного металлокерамического электрода щелочного аккумулятора /1/, при котором на никелевую фольгу наносят никелевую суспензию и спекают в атмосфере водорода; полученные пористые основы пропитывают в растворах солей никеля, обрабатывают в растворе щелочи с последующей отмывкой конденсатом и сушат. Пропитку ведут до необходимого привеса активного материала, затем заготовки формуют и отправляют на вырубку электродов.

Недостатками данного способа являются: низкий технологический коэффициент использования никеля из ванн пропитки, большой расход конденсата и щелочи вследствие их сброса после технологического цикла, огромное количество промышленных стоков с высоким содержанием тяжелых металлов.

Целью изобретения является создание экологически чистой технологии изготовления металлокерамического оксидно-никелевого электрода с многократным использованием воды и щелочи в производстве.

Поставленная цель достигается тем, что спеченные пористые основы после пропитки в растворах солей никеля и щелочи отмываются конденсатом, а загрязненную воду, содержащую мелкодисперсный гидрат закиси никеля (ГЗН), карбонаты, сульфаты или нитраты и имеющую pH 12-13, собирают в каскадный отстойник. Осветленную фракцию из отстойника подают на установку ультрафильтрации с элементами ВТУ марки Ф-1 для тонкой очистки от гидрата. Фильтрат нейтрализуют кислотой до pH 6,5-7,5 и направляют на обратноосмотическую установку с элементами ЭРО-6,5/9500 под давлением 4-5 МПа. Концентрирование солей ведут до 50 г/л; при этом содержание соли в пермеате не более 3 г/л (степень концентрирования не более 4). Концентрат разбавляют водой (фильтрат с ультрафильтрационной установки) с последующих отмывок, нейтрализуют и обессоливают. Цикл периодически повторяют до тех пор, пока содержание солей после разбавления концентрата не достигнет 12 - 15 г/л, после чего концентрат сбрасывают в загрязненную после пропитки щелочь для последующей очистки.

Загрязненную гидратом закиси никеля, солями никеля и карбонатами щелочь собирают в отстойник. Осветленную фракцию из отстойника подают в бак-реактор, где ее нагревают до 80^oC и вводят для осаждения сульфатов и карбонатов необходимое количество 15%-ного раствора гидроокиси бария, нагретого до 80^oC. Реакцию проводят в течение 1 ч при 80^oC и постоянном перемешивании, затем охлаждают до комнатной температуры и осветленную фракцию подают в емкость для корректирования до нужной плотности. Очищенную щелочь используют в техпроцессе.

Гидрат закиси никеля из отстойника для воды и щелочи отжимают на фильтр-прессе высокого давления, сушат при 110^oC до содержания в нем влаги 5% и отмывают. Воду после отмывки гидрата собирают в отстойник системы водоочистки.

Сопоставленный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что отмывочную воду и отработанную щелочь используют многократно путем создания замкнутого водооборота и оборота щелочи; вода после отмывки подвергается отстою, нейтрализации, ультрафильтрации и обессоливается методом обратного осмоса; отработанную щелочь подвергают отстою, очищают раствором Ba(OH)₂ от сульфатов и карбонатов, корректируют до нужной плотности, а извлеченный из отстойников гидрат закиси никеля отмывают, сушат и используют для приготовления солей никеля путем растворения в кислоте.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной области техники и, следовательно, заявленный способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Ниже приводятся конкретные примеры реализации способа.

Пример 1. Изготовление металлокерамических электродов размером 23 х 40 мм толщиной 0,3 мм проводили пропиткой заготовок в сернокислом никеле и щелочи с использованием очищенной щелочи и очищенной воды. Обеспечение требований технологии контролировали по химическому составу активных масс изготовленных электродов. Данные, полученные по базовому и предлагаемому способам, приведены в таблицах 1 и 2.

Очистку воды в процессе изготовления электродов и повторное ее использование осуществляли путем введения в технологическую схему (фиг.1) установок ультрафильтрации с элементами БТУ 0,5/2 марки Ф-1 и обратного осмоса с элементами ЭРО-6,5/9500. Осветленную фракцию из отстойника 1 подавали насосом 2 под давлением 0,6 МПа на установку ультрафильтрации 3. В данном случае скорость ультрафильтрации определялась мощностью насоса, а предельное рабочее давление - 0,6 МПа - техническими условиями на БТУ-0,5/2 марки Ф-1, который работает в диапазоне pH 1 - 13 и задерживает частицы размером 5 мкм. Анализ фильтрата показал наличие Ni в количестве 0,00008 г/л. Ультрафильтрация являлась стадией подготовки воды для обратноосмотического обессоливания.

Фильтрат с установки 3 собирали в бак 4, где воду нейтрализовали серной кислотой d = 1,84 г/см³ до pH 6,5 - 7,5 с целью использования воды в техпроцессе, а также в связи с тем, что диапазон работы мембран МГА-90 обратного осмоса находится в пределах pH 5-8. Из бака нейтрализации 4 раствор подавали насосом высокого давления 5 на обратноосмотическую установку 6 под давлением 4-5 МПа для обеспечения производительности элементов ЭРО-6,5/9500 по фильтрату не менее 100 л/ч. Концентрирование K₂SO₄ вели до 50 г/л, при том содержание соли в пермеате не превышало 3 г/л (табл. 1).

Предельное содержание K₂SO₄ в пермеате обусловлено тем, что по существующей технологии воду после 6-й отмывки с содержанием K₂SO₄ до 3 г/л использовали для первой отмывки заготовок от щелочи в следующем пропиточном цикле. Концентрат в баке разбавляли водой (фильтрат с ультрафильтрационной установки) с последующих отмывок.

Цикл периодически повторяли до тех пор, пока количество K₂SO₄ в концентрате после разбавления не превышало 15 г/л. При более высоких концентрациях раствора снижается экономическая эффективность применения обратного осмоса.

Очистку щелочи в процессе изготовления электродов и ее повторное использование осуществляли путем введения в технологическую схему (фиг.2) реактора для очистки щелочи от карбонатов и сульфатов.

Осветленную фракцию из отстойника 1 подавали насосом 2 в бак-реактор 3, нагревали до 80^oC и вводили приготовленный при t=80^oC в баке 4 раствор Ba(OH)₂ 15%-ной концентрации в количестве, необходимом для осаждения карбонатов и сульфатов. Реакцию проводили в течение 1 ч при 80^oC и постоянном перемешивании. Время осаждения определяли экспериментально.

Для нейтрализации готовили 15%-ный (близкий к насыщенному) раствор Ba(OH)₂ при 80^oC, чтобы максимально уменьшить разбавление щелочи. После осаждения раствор щелочи охлаждали до комнатной температуры, чтобы уплотнить осадок BaCO₃ и BaSO₄. Осветленную фракцию из бака-реактора насосом 5 подавали в бак для корректировки 6 и доводили щелочь до нужной плотности. Очищенную щелочь использовали для пропитки заготовок.

Пример 2. В процессе изготовления электродов суспензию гидрата закиси никеля из отстойников для воды и щелочи подавали насосом на фильтр-пресс высокого давления. В качестве фильтрующей ткани использовали бельтинг. Отжатый гидрат после фильтрации содержал 18,3% влаги. В целях сокращения объемов конденсата для его отмывки проводили первую сушку на противнях при 110^oC в течение 5 ч. Затем высушенный гидрат растворяли конденсатом с последующей отмывкой на нутч-фильтре. Расход конденсата составлял 30 л на килограмм порошка. Отмытый гидрат сушили при 110^oC в течение 8 ч до равновесной влажности 5%. Химический состав его приведен в таблице 3. Полученный гидрат закиси никеля может быть использован в производстве ламельных аккумуляторов Использование заявляемого изобретения позволяет значительно сократить расход конденсата и щелочи, исключить потери солей никеля, их попадание в окружающую среду.

Формула изобретения

Способ изготовления металлокерамического оксидно-никелевого электрода щелочного аккумулятора из спеченной пористой основы, пропитанной в растворах солей никеля, включающий обработку в растворе щелочи с последующей 6 - 7-кратной отмывкой конденсатом от щелочи, отличающийся тем, что отмывочную воду и отработанную щелочь используют многократно путем создания замкнутого водооборота и оборота щелочи; воду после отмывки осветляют в отстойнике, очищают от гидрата закиси никеля на установке ультрафильтрации, нейтрализуют кислотой до pH 6,5 - 7,5 и обессоливают на обратноосмотической установке; щелочь осветляют в отстойнике, регенерируют 15%-ным раствором гидроокиси бария при температуре до 80^oС и постоянном перемешивании, фильтруют и корректируют до нужной плотности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4